[发明专利]正极材料及其制备方法、锂离子电池和车辆

说明书

本发明提出了正极材料及其制备方法、锂离子电池和车辆。该正极材料包括硫单质和由一次颗粒堆积形成的二次颗粒，所述二次颗粒具有中空结构，所述硫单质填充在一次颗粒之间的间隙中和所述中空结构中；所述一次颗粒含有锂氧化物，所述锂氧化物包括δLiNi_mCo_nX_(1‑m‑n)O₂·(1‑δ)Li₂MO₃，其中0≤δ≤1，X包括选自Mn、Al、Nb、Fe中的至少之一，M包括选自Mn、Al、Nb、Fe、Co、Ni中的至少之一，0≤m＜1，0≤n＜1。该二次颗粒的中空结构适于硫元素的填充，二次颗粒的壳层结构堆积较为紧密，可防止硫溶解于电解液中，且二次颗粒的结构不会降低材料的整体压实密度，从而有利于体积能量密度的发挥。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，涉及正极材料及其制备方法、锂离子电池和车辆。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的比能量、较高的电压、自放电小、安全性能较好、循环寿命较长等优势，吸引了广泛的关注，且在众多绿色能源电池中，较早成功实现了工业化。锂离子电池主要构成包括电解液、隔离材料以及正极、负极材料。锂离子电池的的正极材料在电池中占有的比例较大，且正极材料的性能直接影响电池性能，因此正极材料是锂离子电池发展和提高性能的关键。

在正极材料中加入硫元素，可以提高正极材料的锂结合量，从而令电池具有较高的理论比容量，且整体的能量密度即便与商用的正极材料相比，仍然有较大优势。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实的发现和认识而作出的：

含有硫的离子正极材料在实际应用中还有较大的阻碍，由于硫的电子惰性和嵌锂中间体易溶于有机溶剂。虽然上述问题可以通过引入碳为载体进行复合而得到一定程度的缓解，但单纯依靠碳包覆层隔绝电解液，一方面会提高正极材料的生产成本，延长生产制程，降低生产效率，另一方面也难以从根本上解决硫系正极材料存在的问题。发明人经过深入研究发现，硫系正极材料的上述问题，很大程度上是由于正极活性材料的结构不适于硫原子填充而造成的。因此，如能够开发出一种含硫的锂离子电池正极材料，同时兼具硫原子以及传统锂正极材料的优势，即：在保持高能量密度的同时，保持一定的循环性能，将大幅缓解上述问题。

本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极材料。该正极材料包括硫单质和由一次颗粒堆积形成的二次颗粒，所述二次颗粒具有中空结构，所述硫单质填充在一次颗粒之间的间隙中和所述中空结构中；所述一次颗粒含有锂氧化物，所述锂氧化物包括δLiNi_mCo_nX_(1-m-n)O₂·(1-δ)Li₂MO₃，其中0≤δ≤1，X包括选自Mn、Al、Nb、Fe中的至少之一，M包括选自Mn、Al、Nb、Fe、Co、Ni中的至少之一，0≤m＜1，0≤n＜1。该二次颗粒的中空结构适于硫元素的填充，二次颗粒的壳层结构堆积较为紧密，孔隙率较低，可防止硫溶解于电解液中，且二次颗粒的结构不会降低材料的整体压实密度，从而有利于体积能量密度的发挥。